Παρασκευή όξινου ρυθμιστικού διαλύματος
Το οξύ στο ρυθμιστικό εξουδετερώνει τα ιόντα υδροξειδίου. Τα εξουδετερώνει με νερό όταν εφαρμόζεται ισχυρή βάση. Το ρυθμιστικό αποτέλεσμα είναι υψηλότερο στο όξινο (ή αλκαλικό) pKa. Το pH ενός (νατρίου) ρυθμιστικού διαλύματος CH3COOH που παρασκευάζεται από ένα προς ένα οξικό οξύ και οξικό νάτριο (για παράδειγμα) είναι περίπου 4,7 (κοντά στο οξικό οξύ pKa) και σε αυτό το pH είναι η πιο ρυθμιστική δράση λαμβάνεται. Ένα ρυθμιστικό διάλυμα χρησιμοποιείται σε ένα ευρύ φάσμα χημικών και βιολογικών διεργασιών όπου απαιτείται ακριβής έλεγχος του pH. Ας ρίξουμε μια πιο εις βάθος ματιά στην παρασκευή όξινων ρυθμιστικών διαλυμάτων.
Ρυθμιστικά διαλύματα που είναι όξινα ή όξινα
Αυτά τα διαλύματα χρησιμοποιούνται για να διατηρούν όξινο το όξινο περιβάλλον. Το όξινο pH μπορεί να επιτευχθεί με ανάμειξη ασθενών αλάτων και οξέων με ισχυρή βάση. Το pH ενός υδατικού διαλύματος που περιέχει ίση ποσότητα οξικού οξέος και οξικού νατρίου είναι 4,74.
- Αυτά τα διαλύματα έχουν pH μικρότερο από επτά.
- Αυτά τα διαλύματα αποτελούνται από ένα ασθενές οξύ και το άλας του.
- Ένα όξινο ρυθμιστικό διάλυμα είναι ένα μείγμα οξικού νατρίου και οξικού οξέος (pH =4,75).
Η εξίσωση Henderson-Hasselbalch
Παρασκευή ρυθμιστικού διαλύματος οξέος
Θεωρήστε ένα ασθενές οξύ (WA) και το άλας του (KA) σε ένα ρυθμιστικό διάλυμα οξέος με ισχυρή βάση (KOH). Το ασθενές οξύ WA ιονίζεται και η ισορροπία έχει ως εξής:
H+ + A + WA + H2O
Ka =[H+] =σταθερά διάστασης οξέος [A–]/WA
Λαμβάνοντας τα αρνητικά αρχεία καταγραφής της δεξιάς και της αριστερής πλευράς:
pKa + ([άλας]/[οξύ]) =pH ρυθμιστικού διαλύματος οξέος
Η εξίσωση Henderson-Hasselbalch είναι μερικές φορές γνωστή και ως εξίσωση Henderson.
Η συνθήκη Henderson-Hasselbalch συνδέει αριθμητικά το μετρήσιμο pH μιας απάντησης με το διαβρωτικό pKa (ισοδύναμο με – log Ka). Η συνθήκη είναι επίσης χρήσιμη για την αξιολόγηση του pH μιας διάταξης μαξιλαριού και τον εντοπισμό του αρμονικού pH σε μια διαβρωτική απόκριση βάσης. Η συνθήκη μπορεί να ληφθεί από την εξίσωση του pKa για ένα εύθραυστο διαβρωτικό ή λίκνο.
Η συνέπεια του διαβρωτικού διαχωρισμού είναι:
Ka=[H+][A−][HA]
Μετά τη λήψη του αρχείου καταγραφής ολόκληρης της κατάστασης και την ανανέωσή του, το αποτέλεσμα είναι:log(Ka)=log[H+]+log([A−][HA])
Αυτή η συνθήκη μπορεί να τροποποιηθεί ως εξής:
−pKa=−pH+log ([A−][HA])
Η διάδοση του αρνητικού πρόσημου δίνει την τελευταία μορφή της συνθήκης Henderson-Hasselbalch:pH=pKa+log([A−][HA])
Σε μια υποκατάστατη εφαρμογή, η συνθήκη μπορεί να αποφασίσει πόσο διαβρωτικό και σχηματίζει βάση αναμένεται να δημιουργήσει ένα λίκνο συγκεκριμένου pH. Με δεδομένο pH και γνωστό pKa, η διάταξη της συνθήκης Henderson-Hasselbalch δίνει τον λογάριθμο μιας αναλογίας που μπορεί να αντιμετωπιστεί παίζοντας τον αντιλογάριθμο του pH/pKa:10pH−pKa=[βάση][οξύ]
Μια απεικόνιση του τρόπου χρήσης της συνθήκης Henderson-Hasselbalch για την αντιμετώπιση του pH μιας διάταξης βάσης είναι ως εξής:
Ποιο είναι το pH μιας διάταξης βάσης που περιλαμβάνει 0,0350 M NH3 και 0,0500 M NH4+ (το Ka για το NH4+ είναι 5,6 x 10-10); Η προϋπόθεση για την απόκριση είναι:NH4⇌H+NH3
Αποδεχόμενοι ότι η προσαρμογή των σταθεροποιήσεων είναι ασήμαντη για να φτάσει το πλαίσιο σε αρμονία, η συνθήκη Henderson-Hasselbalch θα είναι:pH=pKa+log([NH3][NH4+])
pH=9,25+log(0,03500,0500)
pH =9,095
Μηχανισμός δράσης ρυθμιστικού διαλύματος οξέος
(1) Ένα όξινο ρυθμιστικό διάλυμα είναι ένα μείγμα ασθενούς οξέος και άλατος με ισχυρή βάση. Το αλάτι διασπάται πλήρως, ενώ το ασθενές οξύ διασπάται μόνο λίγο. Επιπλέον, η διάσταση του ασθενούς οξέος επιβραδύνεται ακόμη περισσότερο από τα κοινά ιόντα, που παρέχονται κυρίως από το αλάτι. CH3COONa(aq) CH3COO(aq) + Na+(aq) (CH3COOH + CH3COONa)
(2) Τα ιόντα υδρογόνου αντιδρούν με οξικά ιόντα για να δημιουργήσουν μη διασπασμένο οξικό οξύ όταν προστίθεται μια μικροσκοπική ποσότητα ισχυρού οξέος (Η+) σε αυτό το μείγμα. Ως αποτέλεσμα, η προσθήκη ενός οξέος στο ρυθμιστικό δεν επηρεάζει το pH του.
CH3 – COOH + H+(aq) + CH3COO-(aq) Η δεσμευμένη βασικότητα αναφέρεται στην αφαίρεση επιπλέον H+.
(3) Ως αποτέλεσμα, το pH του διαλύματος παραμένει σταθερό. Όταν μια βάση εισάγεται σε αυτό το διάλυμα, το ιόν ΟΗ- της βάσης αντιδρά με το ιόν Η+ στο ρυθμιστικό διάλυμα για να δημιουργήσει ένα μόριο νερού (HO). Ως αποτέλεσμα, το pH του διαλύματος παραμένει σταθερό.
Συμπέρασμα
Οι μέθοδοι για την παρασκευή όξινων ρυθμιστικών διαλυμάτων και οι σημειώσεις παρασκευής ρυθμιστικού διαλύματος οξέος που χρησιμοποιούνται στον καθαρισμό ενζύμων συζητούνται σε αυτό το άρθρο. Ρυθμιστικά διαλύματα οποιουδήποτε επιθυμητού ρΗ μπορούν να παρασκευαστούν εύκολα με συνδυασμό των μητρικών διαλυμάτων συστατικών ενός κατάλληλου ρυθμιστικού οξέος και της συζυγούς του βάσης σε επαρκείς ποσότητες. Τριάντα εννέα μέρη του όξινου συστατικού του ρυθμιστικού διαλύματος αναμιγνύονται με 61 μέρη της συζυγούς βάσης ή 100 μέρη του οξέος αναμιγνύονται με 61 μέρη NaOH για να παραχθεί ένα ρυθμιστικό διάλυμα με pH 0,2 μονάδες υψηλότερο από το pK του ρυθμιστικού οξέος. Εάν το pH που επιλέχθηκε είναι εντός 0,5 μονάδων του pKa, το διάλυμα που παρασκευάζεται με αυτόν τον τρόπο θα πρέπει να έχει το pH στόχο να είναι εντός 0,1 μονάδας ή λιγότερο.
